JP2001049369A - 電子材料用銅合金及びその製造方法 - Google Patents
電子材料用銅合金及びその製造方法Info
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Abstract
工性、エッチング性、めっき性を有する銅合金を提供す
る。 【解決手段】 1.0〜4.8wt%Ni、0.2〜
1.4wt%Siを含有し、残部がCu及び不可避的不
純物からなり、介在物の大きさが10μm以下であり、
且つ、5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延方向に
平行な断面で50個/mm2未満とし、熱間圧延等の条
件を規定する。
Description
れさらには良好な曲げ加工性、エッチング性及びめっき
性を有する電子材料用銅合金及びその製造方法に関す
る。
使用される電子材料用銅合金には、製品の基本特性とし
て高い強度及び高い電気伝導性又は熱伝導性を両立させ
ることが要求される。さらに近年の電子部品の小型化、
高集積化が一層要求されることから、これに対応してリ
ードフレーム、端子、コネクターにおいては、リード数
等の増加、狭ピッチ化が進んでいる。さらには部品形状
の複雑化及び組立て・実装における信頼性向上の要求か
ら、使用される材料には機械的強度と電気伝導性が優れ
ている他に、曲げ加工や繰り返し曲げに強いこと、エッ
チング性及びめっき性が良好であることが要求される。
材料用銅合金としては従来のりん青銅、黄銅等に代表さ
れる固溶強化型銅合金に代わり、時効硬化型の銅合金の
使用量が増加している。時効硬化型銅合金は溶体化処理
された過飽和固溶体を時効処理することにより、微細な
析出物が均一に分散して、合金の強度が高くなると同時
に、銅中の固溶元素量が減少し電気伝導性が向上する。
従って強度、ばね性などの機械的性質に優れ、しかも電
気伝導性、熱伝導性が良好な材料として使用される。こ
こで析出元素としては活性元素が多い。更に合金の特性
を改良する目的で活性金属を更に添加する場合もある。
i系銅合金は高強度と高導電率とを併せ持つ代表的な銅
合金であり、電子機器用材料として実用化されている。
この銅合金は、銅マトリックス中に微細なNi−Si系
金属間化合物粒子が析出することにより強度と導電率が
上昇する。
金は、銅マトリックス中に微細なNi−Si系金属間化
合物粒子が析出することにより強度と導電率が上昇する
が、反面強度の向上に寄与しない粗大な晶出物がマトリ
ックス中に残存し易く、またSiが活性で、酸化物等が
発生し易いため、マトリックス中にこれら晶出物、酸化
物等の比較的大きな粒子が介在した組織となり易い。こ
れらの粗大な粒子が存在すると、エッチング時のスマッ
トの発生量が増える。そしてエッチング後のリードの端
面に突起として残存すると、リードが狭ピッチの場合、
めっき加工する際突起部に異常電着し、短絡等電気的障
害が発生することがある。また、めっきを行なった際の
めっき剥がれ、めっき脹れ、染み、突起(つぶ)の発生
という問題を引き起こす可能性もある。また更には、曲
げ加工を行なった際にクラック発生の起点となり製品の
加工性を低下させる要因となる。
たもので、十分な強度及び電気伝導度を有しつつ、さら
に曲げ加工性、エッチング性及びめっき性に優れた電子
材料用銅合金を提供することを目的としている。
に本発明者らは、析出型銅合金に関する研究を重ねたと
ころ、Cu−Ni−Si系合金の成分調整を行った上
で、必要に応じMg、Zn、Sn、Fe、Ti、Zr、
Cr、Al、P、Mn、Ag、Beを含有させると共
に、製造条件を制御・選定してマトリックス中の析出
物、晶出物、酸化物等の介在物の分布の制御を行うこと
により、電子材料用銅合金として好適な素材を提供でき
ることを見出した。
もので、(1)1.0〜4.8wt%のNi及び0.2
〜1.4wt%のSiを含有し、残部がCu及び不可避
的不純物からなり、そして介在物の大きさが10μm以
下であり、且つ5〜10μmの大きさの介在物個数が圧
延方向に平行な断面で50個/mm2未満であることを
特徴とする強度及び導電性の優れた電子材料用銅合金。
及び(2)1.0〜4.8wt%のNi及び0.2〜
1.4wt%のSiを含有し、且つSi濃度に対するN
iの濃度比が2〜8になるように調整し、残部がCu及
び不可避的不純物からなり、そして介在物の大きさが1
0μm以下であり、且つ5〜10μmの大きさの介在物
個数が圧延方向に平行な断面で50個/mm2未満であ
ることを特徴とする強度及び導電性の優れた電子材料用
銅合金。及び(3)1.0〜4.8wt%のNi及び
0.2〜1.4wt%のSiを含有し、さらにMg、Z
n、Sn、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、
Ag又はBeのうち1種以上を総量で0.005〜2.
0wt%含有し、残部がCu及び不可避的不純物からな
り、そして介在物の大きさが10μm以下であり、且つ
5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延方向に平行な
断面で50個/mm2未満であることを特徴とする強度
及び導電性の優れた電子材料用銅合金。及び(4)1.
0〜4.8wt%のNi及び0.2〜1.4wt%のS
i、ならびにMg、Zn、Sn、Fe、Ti、Zr、C
r、Al、P、Mn、Ag又はBeのうち1種以上を総
量で0.005〜2.0wt%含有し、且つSi濃度に
対するNiの濃度比が2〜8になるように調整し、残部
がCu及び不可避的不純物からなり、そして介在物の大
きさが10μm以下であり、且つ5〜10μmの大きさ
の介在物個数が圧延方向に平行な断面で50個/mm2
未満であることを特徴とする強度及び導電性の優れた電
子材料用銅合金。及び(5)鋳塊を800℃以上900
℃未満の温度で1時間以上加熱した後熱間圧延終了温度
を650℃以上で熱間圧延を行い、その後熱処理と圧延
を行った素材に対し、材料温度が300〜650℃の温
度で1〜10時間の時効処理を行なうことを特徴とする
(1)から(4)に記載した電子材料用銅合金の製造方
法。であり、リードフレーム、端子、コネクター用とし
て十分な強度と電気伝導性を兼備せしめ、さらには曲げ
加工性、エッチング性、めっき性も良好な銅合金及びそ
の製造方法に関する。
鋳造時の凝固過程に生じる一般に粗大である晶出物並び
に溶解時の溶湯内での反応により生じる酸化物、硫化物
等、更には、鋳造時の凝固過程以降、すなわち凝固後の
冷却過程、熱間圧延後、溶体化処理後の冷却過程及び時
効処理時に固相のマトリックス中に析出反応で生じる析
出物であり、本銅合金のSEM観察によりマトリックス
中に観察される粗大な粒子を包括するものである。「介
在物の大きさ」は、介在物をSEM観察下でその介在物
を含む最小円の直径をいう。「介在物の個数」とは、材
料の圧延方向に平行な断面においてエッチング後SEM
観察により多数箇所で実際に数えた単位平方mm当たり
の介在物個数である。
びに介在物寸法を前記の如くに限定した理由をその作用
とともに説明する。 (1)Ni及びSi Ni及びSiは、時効処理を行うことによりNiとSi
が相互に微細にNi2Siを主とした金属間化合物の析
出粒子を形成し、合金の強度を著しく増加させる一方、
電気伝導度も高く維持する。ただしNi含有量が1wt
%未満又はSi含有量が0.2wt%未満の場合は、他
方の成分を添加しても所望とする強度が得られず、また
Ni含有量が4.8wt%を超え又はSi含有量が1.
4wt%を超える場合は、十分な強度が得られるものの
所望とする電気伝導性が低くなってしまい、さらには強
度の向上に寄与しない粗大なNi−Si系粒子(晶出物
及び析出物)が母相中に生成し、曲げ加工性、エッチン
グ性及びめっき性の低下を招く。従って、Niの含有量
を1.0〜4.8wt%、Siの含有量を0.2〜1.
4wt%と定めた。また、時効処理後の電気伝導性をよ
り高めるためには、合金中のNiとSiの濃度比を、金
属間化合物であるNi2SiのNiとSiの濃度比に近
づけることが望ましい。良好な電気伝導性を得るための
Si濃度に対するNi濃度の比(Ni濃度/Si濃度)
は2〜8であり、4が最も好ましい。
r、Cr、Al、P、Mn、Ag又はBe Mg、Zn、Sn、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、
P、Mn、Ag又はBeには、Cu−Ni−Si系銅合
金の強度及び耐熱性を改善する作用がある。また、これ
らの中でZnには、半田接合部の耐熱性を改善する効果
もあり、Feには組織を微細化する効果もある。さら
に、Mg、Ti、Zr、Al及びMnは熱間圧延性を改
善する効果も有する。この理由は、これらの元素が硫黄
との親和性が強いため硫黄と化合物を形成し、熱間圧延
割れの原因となるインゴット粒界への硫黄の偏析を軽減
するためである。Mg、Zn、Sn、Fe、Ti、Z
r、Cr、Al、P、Mn、Ag又はBeの含有量が総
量で0.005wt%未満であると上記の効果は得られ
ず、一方総含有量が2.0wt%を超えると電気伝導性
が著しく低下する。そこで、これらの含有量を総量で
0.005〜2.0wt%と定める。
ることがある。この合金に必要な強度を得るための析出
物は微細であり、0.5μmを超える粗大な析出物、晶
出物等の介在物は強度に寄与しないばかりか、特に大き
さが10μmを超える粗大なものは曲げ加工性、エッチ
ング性、めっき性を著しく低下させる。このような不具
合を起こさないためには、この粗大な介在物の大きさの
上限を10μmとする必要がある。また本発明者は、介
在物の分布と曲げ加工性、エッチング性、めっき性との
相関を調査し、5〜10μmの粗大な介在物であって
も、圧延方向に平行な断面において50個/mm2未満
であれば、これらの特性を損なうことがないことを見出
した。
いて説明する。 通常鋳塊の製造は、半連続鋳造法で行
なわれる。半連続鋳造における鋳造時の凝固過程におい
てNi−Si系の粗大な晶出物及び析出物が生成するこ
とがある。これら粗大な介在物は800℃以上の温度で
1時間以上加熱後に熱間圧延を行ない、終了温度を65
0℃以上とすることにより、マトリックス中に固溶され
る。しかし加熱温度が900℃以上になると大量のスケ
ールの発生、熱間圧延時の割れの発生といった問題が生
じるため、加熱温度は800℃以上900℃未満とする
のが良い。
処理の前に溶体化処理を行うことも可能であり、溶体化
処理温度が高い方がNi、Siのマトリックス中への固
溶量が増加し、時効処理時にマトリックス中からNi−
Si系の金属間化合物が微細に析出し、より強度を向上
させる。この効果を得るために溶体化処理温度は、75
0℃以上、好ましくは800℃以上900℃未満とする
のが望ましい。なお、本発明の銅合金は900℃であれ
ば、Ni、Siがマトリックス中に十分固溶されるが、
900℃以上の温度では、溶体化処理時に材料表面の酸
化が激しく、酸化層を除去するための、酸洗工程の負荷
が大きくなるため900℃未満の処理温度が推奨され
る。
め、時効処理前に冷間圧延を行うが、その加工度は高い
程より高い強度が得られる。その加工度は本発明の銅合
金に要求される強度、加工性に応じて適宜選択される。
るために行うが、時効処理温度は300〜650℃にす
る必要がある。300℃未満では時効処理に時間がかか
り経済的でなく、650℃を越えるとNi−Si粒子は
粗大化し、更に700℃を超えるとNi及びSiが固溶
してしまい、強度及び電気伝導性が向上しないためであ
る。300〜650℃の範囲で時効処理する際、時効処
理時間は、1〜10時間であれば十分な強度、電気伝導
性が得られる。なお、本発明の銅合金において、更に強
度を向上させるため、時効処理後に冷間圧延し、その後
熱処理(歪取り焼鈍)を行うことも可能である。
銅合金を溶製し、厚さ20mmのインゴットに鋳造し
た。次に、このインゴットを表1に記載した温度で厚さ
8mmまで各温度条件で熱間圧延を行い、表面のスケー
ル除去のため面削を施した後、冷間圧延により厚さ2m
mの板とした。その後、750℃以上900℃未満の温
度で10分間の溶体化処理を行った後、0.5mmまで
冷間圧延した。そして400〜600℃の各組成で最高
の温度が得られる温度で各5時間の時効処理を行い、そ
の後、さらに高強度が得られるよう、冷間圧延で厚さ
0.15mmの板とし、最後に500〜550℃で30
秒〜10分の歪取り焼鈍を適宜施した。
性の評価を行った。強度については引張試験機において
引張強さを測定した。電気伝導性は導電率(%IAC
S)により評価した。 繰り返し曲げ性は「曲げ半径/
板厚=1」で曲げ軸が圧延方向に平行方向の片側90度
繰り返し曲げ試験を行ない、往復を1回と数える方法で
破断するまでの回数を数えて評価した。なお繰り返し曲
げ性の評価基準は、曲げ回数3回以上を○とし、3回未満
を×とした。エッチング性は、試料の圧延方向に直角な
断面を塩化第二鉄水溶液により10μmエッチング後、
3次元座標測定装置によりエッチング面を観察し、素地
に対し5μm以上の介在物の突起が観察された場合を×
とし、観察されなかった場合を○とした。めっき性は、
試料表面に厚さ5μmの銀めっきを施した後、銀めっき
表面を観察し大きさが10μm以上の銀のつぶが観察さ
れた場合を×、観察されなかった場合を○とした。介在
物個数は、材料の圧延方向に平行な断面をエッチング後
SEMで観察し、多数箇所において実際に数えた単位平
方mm当たりの大きさ5〜10μmの介在物個数であ
る。
た、強度、導電率、繰り返し曲げ性、エッチング性及び
銀めっき性を有している。一方、比較合金のNo.1〜
No.5は、本発明合金と一部の組成が異なるもの、熱
間圧延前の加熱温度が800℃未満のもの、熱間圧延終
了温度が650℃未満のものであるが、本発明合金と比
較すると、比較合金No.1はNiが低いために強度及
び導電率が劣る。比較合金No.2はNi、Siとも低
いために強度が劣る。比較合金No.3、4はSiが高
いために導電率が劣る。比較合金No.5は本発明の濃
度範囲を超えて副成分を含有するため導電率が劣る。
8は介在物個数が多いために繰り返し曲げ性、エッチン
グ性、銀めっき性とも劣る。特に比較例No.6、7、
8は、それぞれ実施例No.1、9と同一組成であるが
熱間圧延前の加熱温度、熱間圧延終了温度が低いため
に、鋳造時に生成した粗大な晶出物、析出物が熱間圧延
前の加熱、熱間圧延にて固溶しなかった結果として介在
物個数が増加した例である。なお銀めっきにより発生し
た銀つぶの生成原因調査のため、銀めっき剥離後銀つぶ
直下の表面を観察した結果、粗大なNi−Si系介在物
が確認された。
れた強度と電気伝導性を有し、さらには繰り返し曲げ
性、エッチング性及びめっき性にも優れた銅合金が得ら
れ、リードフレーム、端子、コネクター等電子材料用銅
合金として好適である。
もので、(1)1.0〜4.8wt%のNi及び0.2
〜1.4wt%のSiを含有し、残部がCu及び不可避
的不純物からなり、そして介在物の大きさが10μm以
下であり、且つ5〜10μmの大きさの介在物個数が圧
延方向に平行な断面で50個/mm2未満であることを
特徴とする強度及び導電性の優れた電子材料用銅合金。
及び(2)1.0〜4.8wt%のNi及び0.2〜
1.4wt%のSiを含有し、且つSiに対するNiの
含有量(wt%)比が2〜8になるように調整し、残部
がCu及び不可避的不純物からなり、そして介在物の大
きさが10μm以下であり、且つ5〜10μmの大きさ
の介在物個数が圧延方向に平行な断面で50個/mm2
未満であることを特徴とする強度及び導電性の優れた電
子材料用銅合金。及び(3)1.0〜4.8wt%のN
i及び0.2〜1.4wt%のSiを含有し、さらにM
g、Zn、Sn、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、
Mn、Ag又はBeのうち1種以上を総量で0.005
〜2.0wt%含有し、残部がCu及び不可避的不純物
からなり、そして介在物の大きさが10μm以下であ
り、且つ5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延方向
に平行な断面で50個/mm2未満であることを特徴と
する強度及び導電性の優れた電子材料用銅合金。及び
(4)1.0〜4.8wt%のNi及び0.2〜1.4
wt%のSi、さらにMg、Zn、Sn、Fe、Ti、
Zr、Cr、Al、P、Mn、Ag又はBeのうち1種
以上を総量で0.005〜2.0wt%含有し、且つS
iに対するNiの含有量(wt%)比が2〜8になるよ
うに調整し、残部がCu及び不可避的不純物からなり、
そして介在物の大きさが10μm以下であり、且つ5〜
10μmの大きさの介在物個数が圧延方向に平行な断面
で50個/mm2未満であることを特徴とする強度及び
導電性の優れた電子材料用銅合金。及び(5)鋳塊を8
00℃以上900℃未満の温度で1時間以上加熱した
後、熱間圧延終了温度を650℃以上で熱間圧延を行
い、その後熱処理と圧延を行った素材に対し、材料温度
が300〜650℃の温度で1〜10時間の時効処理を
行うことを特徴とする(1)から(4)に記載した電子
材料用銅合金の製造方法。であり、リードフレーム、端
子、コネクター用として十分な強度と電気伝導性を兼備
せしめ、さらには曲げ加工性、エッチング性、めっき性
も良好な銅合金及びその製造方法に関する。
びに介在物寸法を前記の如くに限定した理由をその作用
とともに説明する。 (1)Ni及びSi Ni及びSiは、時効処理を行うことによりNiとSi
が相互に微細にNi2Siを主とした金属間化合物の析
出粒子を形成し、合金の強度を著しく増加させる一方、
電気伝導度も高く維持する。ただしNi含有量が1wt
%未満又はSi含有量が0.2wt%未満の場合は、他
方の成分を添加しても所望とする強度が得られず、また
Ni含有量が4.8wt%を超え又はSi含有量が1.
4wt%を超える場合は、十分な強度が得られるものの
所望とする電気伝導性が低くなってしまい、さらには強
度の向上に寄与しない粗大なNi−Si系粒子(晶出物
及び析出物)が母相に生成し、曲げ加工性、エッチング
性及びめっき性の低下を招く。従って、Niの含有量を
1.0〜4.8wt%、Siの含有量を0.2〜1.4
%と定めた。また、時効処理後の電気伝導性をより高め
るためには、合金中のNiとSiの含有量比を、金属間
化合物であるNi2SiのNiとSiの含有量比に近づ
けることが望ましい。良好な電気伝導性を得るためのS
iに対するNiの含有量(wt%)比(Ni含有量/S
i含有量)は2〜8であり、4が最も好ましい。
強度、導電率、繰り返し曲げ性、エッチング性及び銀め
っき性を有している。一方、比較合金のNo.1〜N
o.5は、本発明と一部の組成が異なるもの、熱間圧延
前の加熱温度が800℃未満のもの、熱間圧延終了温度
が650℃未満のものであるが、本発明合金と比較する
と、比較合金No.1はNiが低いために強度及び導電
率が劣る。比較合金No.2はNi、Siとも低いため
に強度が劣る。比較合金No.3、4はSiが高いため
に導電率が劣る。比較合金No.5は本発明の許容範囲
を超えて副成分を含有するため導電率が劣る。
Claims (5)
- 【請求項1】1.0〜4.8wt%のNi及び0.2〜
1.4wt%のSiを含有し、残部がCu及び不可避的
不純物からなり、そして介在物の大きさが10μm以下
であり、且つ5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延
方向に平行な断面で50個/mm2未満であることを特
徴とする強度及び導電性の優れた電子材料用銅合金。 - 【請求項2】1.0〜4.8wt%のNi及び0.2〜
1.4wt%のSiを含有し、且つSi濃度に対するN
iの濃度比が2〜8になるように調整し、残部がCu及
び不可避的不純物からなり、そして介在物の大きさが1
0μm以下であり、且つ5〜10μmの大きさの介在物
個数が圧延方向に平行な断面で50個/mm2未満であ
ることを特徴とする強度及び導電性の優れた電子材料用
銅合金。 - 【請求項3】1.0〜4.8wt%のNi及び0.2〜
1.4wt%のSiを含有し、さらにMg、Zn、S
n、Fe、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、Ag又
はBeのうち1種以上を総量で0.005〜2.0wt
%含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなり、そ
して介在物の大きさが10μm以下であり、且つ5〜1
0μmの大きさの介在物個数が圧延方向に平行な断面で
50個/mm2未満であることを特徴とする強度及び導
電性の優れた電子材料用銅合金。 - 【請求項4】1.0〜4.8wt%のNi及び0.2〜
1.4wt%のSi、ならびにMg、Zn、Sn、F
e、Ti、Zr、Cr、Al、P、Mn、Ag又はBe
のうち1種以上を総量で0.005〜2.0wt%含有
し、且つSi濃度に対するNiの濃度比が2〜8になる
ように調整し、残部がCu及び不可避的不純物からな
り、そして介在物の大きさが10μm以下であり、且つ
5〜10μmの大きさの介在物個数が圧延方向に平行な
断面で50個/mm2未満であることを特徴とする強度
及び導電性の優れた電子材料用銅合金。 - 【請求項5】鋳塊を800℃以上900℃未満の温度で
1時間以上加熱した後熱間圧延終了温度を650℃以上
で熱間圧延を行ない、その後熱処理と圧延を行った素材
に対し、材料温度が300〜650℃の温度で1〜10
時間の時効処理を行うことを特徴とする請求項1〜4に
記載した電子材料用銅合金の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22198799A JP3383615B2 (ja) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | 電子材料用銅合金及びその製造方法 |
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